엘니뇨로 인한 동아시아 여름철 온난화가 식생 호흡량을 통해 CO₂를 증가시켜

우리 대학교 대기과학과 김현미·안순일 교수 연구팀이 엘니뇨(El Niño)가 동아시아 식생 호흡량을 변화시켜 CO₂ 농도를 급격히 증가시킴을 밝혀냈다. 이번 연구는 기후 및 대기과학 분야의 권위 있는 학술지 'npj Climate and Atmospheric Science(IF 8.4)'에 2025년 11월 12일 자로 게재됐다.

엘니뇨는 열대 동태평양 해수면 온도가 평년보다 높은 상태가 지속되는 현상으로, 전 지구의 기온과 강수를 조절하는 중요한 기후변동이다. 미래에는 엘니뇨가 더 강하게, 더 자주 나타날 가능성이 제기되고 있어, 엘니뇨가 생태계와 탄소순환에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것이 매우 중요하다.

특히 식생(vegetation)은 광합성과 호흡을 통해 육상 탄소순환을 매개하는 핵심 요소로, 기후 변화에 민감하게 반응한다. 따라서 엘니뇨로 인한 동아시아 기후변화는 생물-대기 상호작용을 통해 탄소순환에 영향을 미칠 수 있다.

이번 연구에서는 2009/10년과 2015/16년에 발생한 두 차례의 엘니뇨 사례를 대상으로 WRF-Chem(Weather Research and Forecasting with Chemistry)으로 모델링하고, 이를 통해 식생의 호흡 및 광합성과 관련된 탄소 지수를 분석했다. 또한 동아시아 11개 지점의 지상 CO₂ 관측으로부터 CO₂ 성장률도 함께 살펴봤다.

그 결과, 엘니뇨 발생 6~9개월 뒤 CO₂ 성장률이 증가하는 현상이 확인됐다. 연구팀은 그 원인으로 식생 탄소교환을 지목했다. 실제로 엘니뇨가 발생하고 5~7개월 뒤에 생태계가 대기로 탄소를 방출하는 양이 증가했기 때문이다. 엘니뇨 피크가 겨울철에 나타나는 점을 고려하면, 엘니뇨가 발생한 다음 해 여름철 식생 탄소교환이 변화했음을 뜻한다.

연구팀은 엘니뇨가 수개월의 시차를 두고 여름철 식생의 호흡과 광합성을 조절해 CO₂를 증가시키는 메커니즘을 제안했으며, 두 엘니뇨 사건에서 동아시아 여름철의 기상 조건과 식생의 탄소교환을 통해 이 과정이 어떻게 일어났는지를 밝혀냈다.

[그림. WRF-Chem으로 분석한 두 엘니뇨 사례에서 동아시아의 광합성 흡수량(GEE)과 식생 호흡량(RESP) 이상 분포]

먼저 기온과 강수를 살펴보았을 때, 두 엘니뇨 사례 모두에서 엘니뇨가 발달할 때는 여름철 기온이 평년보다 낮았고, 엘니뇨가 쇠퇴할 때는 평년보다 높았다. 반면 강수는 일관된 패턴이 뚜렷하게 나타나지 않아 식생 탄소교환을 직접적으로 조절하는 변수로 보기 어려웠다.

다음으로 식생 지수를 분석한 결과, 광합성에 의한 탄소 흡수는 두 사례에서 서로 다른 영향을 보였다(그림 1(a)~(f)). 따라서 광합성은 기온이라는 하나의 요인으로 설명되지 않고 복합적인 영향을 받는다는 점을 확인했다.

반면 여름철 식생 호흡은 두 사례에서 공통적인 특징이 나타났다. 엘니뇨가 발달할 때는 식생 호흡량이 평년보다 적어 CO₂ 증가를 억제했고(그림 1(g), 1(j)), 엘니뇨가 쇠퇴할 때는 식생 호흡량이 많아져 CO₂ 증가를 촉진했다(그림 1(h), 1(k)).

특히 엘니뇨 시기에 호흡이 크게 변화한 지역은 기온이 크게 변화한 지역과 거의 일치했으며, 패턴 상관관계가 0.7 이상으로 매우 높았다. 한편, 여름철 식생 분포는 지난 10년간 거의 변화하지 않았던 것으로 나타났으며, 이는 탄소순환의 변화가 식생 분포의 변화 때문이 아님을 시사한다.

따라서 이러한 결과는 엘니뇨로 인한 기온 상승이 탄소순환의 변화를 유도할 수 있음을 뒷받침한다. 이번 연구는 엘니뇨가 발생한 이후, 엘니뇨가 쇠퇴하는 동안 동아시아 여름철 기온이 상승하고, 그에 따라 식생의 호흡이 증가하면서 대기 중 CO₂ 농도가 높아질 수 있음을 보여준다.

김현미 교수는 “이번 연구는 단순히 과거 사례를 넘어, 미래 기후변화에서 엘니뇨가 강해질 경우 동아시아 탄소가 증폭될 수 있음을 시사한다”며 “엘니뇨가 식생-탄소 피드백을 통해 CO₂ 균형에 영향을 줄 수 있다는 점이 중요하다”고 연구의 의미를 설명했다.